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特表2024-525736ＳＯＴ及びＭＲＡＭデバイスのためのＢｉＳｂｘ（０１２）合金方位を促進するバッファ層及び中間層
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-12
(54)【発明の名称】ＳＯＴ及びＭＲＡＭデバイスのためのＢｉＳｂｘ（０１２）合金方位を促進するバッファ層及び中間層
(51)【国際特許分類】
H10N 50/80 20230101AFI20240705BHJP
H10B 61/00 20230101ALI20240705BHJP
G11B 5/39 20060101ALI20240705BHJP
【ＦＩ】
H10N50/80 Z
H10B61/00
G11B5/39
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024501785
(86)(22)【出願日】2022-05-06
(85)【翻訳文提出日】2024-01-12
(86)【国際出願番号】 US2022027962
(87)【国際公開番号】W WO2023018455
(87)【国際公開日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】17/401,856
(32)【優先日】2021-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504056130
【氏名又は名称】ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】レ、クァン
(72)【発明者】
【氏名】ヨーク、ブライアン アール．
(72)【発明者】
【氏名】ファン、チャンジー
(72)【発明者】
【氏名】岡村 進
(72)【発明者】
【氏名】グリベリュク、マイケル
(72)【発明者】
【氏名】リュー、シャオヨン
(72)【発明者】
【氏名】ホ、クオック サン
(72)【発明者】
【氏名】高野 公史
【テーマコード（参考）】
4M119
5D034
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119BB01
4M119CC05
4M119CC10
4M119DD07
4M119EE04
5D034BA03
5F092AB03
5F092AB04
5F092AB06
5F092AB10
5F092AC11
5F092AC26
5F092AD25
5F092BB04
5F092BB05
5F092BB10
5F092BB12
5F092BB17
5F092BB35
5F092BB36
5F092BC03
5F092BC18
(57)【要約】
本開示は、概して、バッファ層と、バッファ層上に配設された（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層とを備えるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。バッファ層及び中間層は各々、独立して、単層の材料又は多層の材料であり得る。バッファ層及び中間層は各々、共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又はアモルファス金属材料のうちの少なくとも１つを含む。バッファ層及び中間層は、ＢｉＳｂ層内のアンチモン（Ｓｂ）のマイグレーションを抑制し、ＢｉＳｂ層の均一性を高め、それと同時にＢｉＳｂ層の（０１２）方位を更に促進する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
アモルファス構造の材料を含むアモルファス層を含み、前記材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、を備え、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項2】
前記バッファ層が、１つ以上のサブ層を更に備え、前記１つ以上のサブ層の各々が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項3】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記ｂｃｃ（１００）材料を含み、前記ｂｃｃ（１００）材料が、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、Ａｌ１０Ｎｂ４０Ｔｉ５０、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＸであって、Ｂ２相において、Ｘ＝Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、又はＲｕＡｌである、ＣｒＸ、並びにこれらと、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項4】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記ｆｃｃ（１００）材料を含み、前記ｆｃｃ（１００）材料が、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳＩＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、ＭｏＺｒ１０、ＭｏＮｉ２０、ＮｂＺｒ２０、並びにこれらと、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素との複合体の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項5】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、ＳｂＯ２、ＴｉＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＣｒＯ２、ＶＯ２、ＯｓＯ２、ＲｈＯ２、ＰｄＯ２、ＷＶＯ４、ＣｒＮｂＯ４、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、ＺｎＮｂＴｉ、ＺｎＴｉＴａ、これらの複合体、並びにこれらと、Ｗ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される元素との合金からなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項6】
前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、約４．４９Å～約４．６９Åの範囲のａ軸と、約２．８８Å～約３．１５Åの範囲のｃ軸と、を有する、請求項５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項7】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記アモルファス金属材料を含み、前記アモルファス金属材料が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項8】
前記アモルファス構造中の前記材料が、ａｆｃｃ結晶構造からの（１１１）ｄ間隔に対応する、約２．０Å～約２．２Åに等しいｄ間隔を有する最近接ＸＲＤ回折ピークを有し、ａｆｃｃが、約３．５Å～３．８Åである、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項9】
前記最近接距離が、約２．０Å～約２．２Åである、請求項８に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項10】
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、前記中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、酸化物、又は窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項11】
請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気記録ヘッド。
【請求項12】
請求項１１に記載の磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。
【請求項13】
請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気抵抗メモリ。
【請求項14】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
少なくとも１つの第１の中間層を備え、前記少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層スタックと、を備え、前記ＢｉＳｂ層スタックが、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を含み、前記ＢｉＳｂ層スタックが、
第１のＢｉ層であって、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層は、
各々が、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、
前記ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化した前記ＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項15】
前記バッファ層が、前記第１の中間層の下に配設されたアモルファス層を更に備え、前記アモルファス層が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項16】
前記バッファ層が、少なくとも１つの第２の中間層を更に備える、請求項１５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項17】
前記少なくとも１つの第２の中間層が、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料である、請求項１６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項18】
前記少なくとも１つの第２の中間層が、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料である、請求項１６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項19】
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、前記中間層が、前記少なくとも１つの第１の中間層と同じ材料を含む、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項20】
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層が各々、約０Å～約１０Åの幅を有する、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項21】
前記少なくとも１つの第１の中間層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲のａ軸格子パラメータを有する、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項22】
前記少なくとも１つの第１の中間層が、前記ｆｃｃ（１００）材料を含み、前記ｆｃｃ（１００）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲の格子パラメータを有する、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項23】
請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気記録ヘッド。
【請求項24】
請求項２３に記載の磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。
【請求項25】
請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気抵抗メモリ。
【請求項26】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、
前記テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層であって、前記第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを含む、第１の中間層と、を備える、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備える、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項27】
前記バッファ層が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含むアモルファス層を更に含む、請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項28】
前記アモルファス層が、前記基板上に配設されており、前記テクスチャ化された層が、前記アモルファス層上に配設されており、前記第１の中間層が、前記テクスチャ化された層上に配設されており、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１の中間層上に配設されている、請求項２７に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項29】
前記バッファ層が、１つ以上の第２の中間層を更に備え、前記１つ以上の第２の中間層が、前記第１の中間層とは異なる立方晶構造を有する、請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項30】
前記中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項31】
前記テクスチャ化された層が、ＲｕＡｌ、及び
Ｃｒからなる群から選択され、前記Ｃｒは、
約２５０℃以上の温度で堆積されたものであるか、
Ｘ＝Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、又はＴｉである加熱されたＣｒＸ合金中、約１０原子パーセント未満であり、前記ＣｒＸ合金が、約２００℃以下の温度に加熱されているものであるか、
ｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントであるＣｒＭｏｎとしてのものであるか、又は
ｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントである加熱されたＣｒ／ＣｒＭｏｎ若しくはＣｒＭｏｎ／Ｃｒ／ＣｒＭｏｎのサンドイッチ状のものである、請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項32】
前記第１の中間層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、酸化ルテニウム（ＩＶ）（ＲｕＯ２）である、請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項33】
請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気記録ヘッド。
【請求項34】
請求項３３に記載の磁気記録ヘッドを備える磁気記録デバイス。
【請求項35】
請求項２６に記載のＳＯＴ ＭＴＪを含む磁気抵抗メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年８月１３日に出願された「Ｂｕｆｆｅｒ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ Ｔｈａｔ Ｐｒｏｍｏｔｅ Ｂｉｓｂｘ（０１２）Ａｌｌｏｙ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｓｏｔ Ａｎｄ ＭＲＡＭ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許非仮出願第１７／４０１，８５６号の利益を主張し、その内容の全体はあらゆる目的のために参照により本出願に組み込まれる。
本出願は、２０２１年８月１３日に出願された「Ｂｕｆｆｅｒ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ Ｔｈａｔ Ｐｒｏｍｏｔｅ Ｂｉｓｂｘ（０１２）Ａｌｌｏｙ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｓｏｔ Ａｎｄ ＭＲＡＭ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許非仮出願第１７／４０１，８５６号の利益を主張し、その内容の全体はあらゆる目的のために参照により本出願に組み込まれる。
【0002】
（発明の分野）
本開示の実施形態は、概して、（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層内のアンチモン（Ｓｂ）のマイグレーションを抑制するバッファ層及び中間層に関する。
本開示の実施形態は、概して、（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層内のアンチモン（Ｓｂ）のマイグレーションを抑制するバッファ層及び中間層に関する。
【背景技術】
【0003】
関連技術の説明
ＢｉＳｂは、スピントルク発振器（spin torque oscillator、ＳＴＯ）及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（magnetoresistive random access memory、ＭＲＡＭ）デバイスのためのスピンホール層として提案されている材料である。ＢｉＳｂは、巨大なスピンホール効果と高い導電率の両方を有する狭いギャップのトポロジカル絶縁体である。
ＢｉＳｂは、スピントルク発振器（spin torque oscillator、ＳＴＯ）及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（magnetoresistive random access memory、ＭＲＡＭ）デバイスのためのスピンホール層として提案されている材料である。ＢｉＳｂは、巨大なスピンホール効果と高い導電率の両方を有する狭いギャップのトポロジカル絶縁体である。
【0004】
Ｎ．Ｈ．Ｄ．Ｋｈａｎｇ，Ｙ．Ｕｅｄａ，ａｎｄ Ｐ．Ｎ．Ｈａｉ，「Ａ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｓｐｉｎ Ｈａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ」Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖ．１７，８０８（２０１８）は、（０１２）結晶方位を有するＢｉＳｂが、（００１）結晶方位を有するＢｉＳｂと比較して、高いスピンホール角及び高い導電率を有することを発見した。（００１）結晶方位を有するＧａＡｓ基板上に形成された（００１）結晶方位を有するＭｎＧａ膜上に、（０１２）結晶方位を有するＢｉＳｂが形成された。
【0005】
Ｎ．Ｒｏｓｃｈｅｗｓｋｙ，Ｅ．Ｓ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｐ．Ｇｏｗｔｈａｍ，Ｓ．Ｍｕｓｃｈｉｎｓｋｅ，Ｆ．Ｈｅｌｌｍａｎ，Ｓ．Ｒ．Ｂａｎｋ，ａｎｄ Ｓ．Ｓａｌａｈｕｄｄｉｎ，「Ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ Ｎｅｒｎｓｔ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｂｉ－Ｓｂ／Ｃｏ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，ｖｏｌ．９９，１９５１０３（２ Ｍａｙ ２０１９）は、ＢｉＳｂ成長、結晶方位、スピンホール角、及び高い導電率の一貫性が実験間で低いことを認識した。
【0006】
Ｅ．Ｓ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｓ．Ｍｕｓｃｈｉｎｓｋｅ，Ｃ．Ｊ．Ｂｒｅｎｎａｎ，Ｓ．Ｒ．Ｎａ，Ｔ．Ｔｒｉｖｅｄｉ，Ｓ．Ｄ．Ｍａｒｃｈ，Ｙ．Ｓｕｎ，Ｔ．Ｙａｎｇ，Ａ．Ｙａｕ，Ｄ．Ｊｕｎｇ，Ａ．Ｆ．Ｂｒｉｇｇｓ，Ｅ．Ｍ．Ｋｒｉｖｏｙ，Ｍ．Ｌ．Ｌｅｅ，Ｋ．Ｍ．Ｌｉｅｃｈｔｉ，Ｅ．Ｔ．Ｙｕ，Ｄ．Ａｋｉｎｗａｎｄｅ，ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｂａｎｋ，「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｂｉ１－ｘＳｂｘ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｉ（１１１）」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ３，０６４２０１（７ Ｊｕｎｅ ２０１９）は、Ｓｉ（１１１）基板上に任意の厚さ（極超薄膜を含む）でＢｉ１－ｘＳｂｘ薄膜を成長させることを確立したが、９％～２８％のＳｂ濃度範囲の濃度についてのみであり、これは、ＴＩ（トポロジカル絶縁体）特性を呈するのに必要な範囲と偶然重なり合う。更に、２０Å未満の極薄Ｂｉ膜を強い（０１２）方位で成長させることができ、極薄Ｂｉ／ＢｉＳｂ膜積層体を強い（０１２）方位でエピタキシャル成長させることができることを示唆している。
【0007】
図１１は、適切な隣接するバッファ及び中間層のないＳＯＴスタック内の１００Å厚のＢｉＳｂ層における相対的なＳｂ濃度のＴＥＭ－ＥＥＬＳラインスキャンを例示している。図１１は、バルクから界面へのＳｂマイグレーションの問題を示しており、これは、化学的均一性を改善し、かつＳｂマイグレーションによって劣化したＢｉＳｂ層の（０１２）テクスチャ及び構造を維持するのに役立つ、Ｓｂ組成変調層として機能することができるＢｉＳｂ ＳＯＴ層をサンドイッチ状にする、０＜ｔ＜１０Åの厚さｔの極薄Ｂｉ層の使用によって改善され得る。しかしながら、Ｓｉ（１１１）上の（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層のＢｉ及びＢｉＳｂの薄膜の両方の接着性が劣っていた。
【0008】
したがって、高いスピンホール角及び高い導電率を有するＢｉＳｂを形成するための改善されたプロセスと、高いスピンホール角及び高い導電率を有するＢｉＳｂ層を有する改善されたデバイスと、が必要とされている。
【発明の概要】
【0009】
本開示は、概して、バッファ層と、バッファ層上に配設された（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備えるスピン軌道トルク（spin-orbit torque、ＳＯＴ）磁気トンネル接合（magnetic tunnel junction、ＭＴＪ）デバイスに関する。バッファ層及び中間層は各々、独立して、単層の材料又は多層の材料であり得る。バッファ層及び中間層は各々、共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（body-centered cubic、ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（face-centered cubic、ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又はアモルファス金属材料のうちの少なくとも１つを含む。バッファ層及び中間層は、ＢｉＳｂ層内のアンチモン（Ｓｂ）のマイグレーションを抑制し、ＢｉＳｂ層の均一性を高め、それと同時にＢｉＳｂ層の（０１２）方位を更に促進する。
【0010】
一実施形態では、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層であって、バッファ層が、アモルファス構造の材料を含むアモルファス層であって、材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、アモルファス層を備える、バッファ層と、バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、バッファ層が、ＢｉＳｂ層中のＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、を備える。
【0011】
別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層であって、バッファ層が、少なくとも１つの第１の中間層を備え、少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層を備える、バッファ層上に形成されたＢｉＳｂ層スタックであって、ＢｉＳｂ層スタックが、第１のＢｉ層であって、ＢｉＳｂ層が、第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、第１のＢｉ層及び第２のＢｉ層が各々、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化したＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、ＢｉＳｂ層スタックと、を備える。
【0012】
また別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層と、を備え、バッファ層が、（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層と、を備え、第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを備える。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、バッファ層が、ＢｉＳｂ層中のＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を更に備える。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、簡潔に上で要約した本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによってなされ得、それらのいくつかが添付の図面に例示されている。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示し、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示が他の同等に有効な実施形態を認め得ることに留意すべきである。
【図1】ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有するＭＡＭＲ書き込みヘッドを含む磁気媒体ドライブの特定の実施形態の概略図である。
【図2】ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有する読み取り／書き込みヘッドの特定の実施形態の部分断面側面図である。
【図3A】様々な実施形態による、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを例示するものである。
【図3B】様々な実施形態による、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを例示するものである。
【図7】３０ÅのＮｉＦｅＴａのアモルファス層上に配設されたＢ２相の３０ÅのＲｕＡｌのテクスチャ化された層のグラフであり、テクスチャ化された層の上に、（１００）ｆｃｃテクスチャ化された層（ＭｇＯ）、（１００）ｂｃｃテクスチャ化された層（Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｗ／Ｔａ）、及び（１００）Ｂ２テクスチャ層（ＮｉＡｌ）を成長させてある。
【図8】３０ÅのＮｉＦｅＴａのアモルファス層上に配設されたＢ２相の３０ÅのＲｕＡｌのテクスチャ化された層のグラフであり、テクスチャ化された層の上に、（１００）ｆｃｃテクスチャ化された層（ＭｇＯ）、（１００）ｂｃｃテクスチャ化された層（Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｗ／Ｔａ）、及び（１００）Ｂ２テクスチャ層（ＮｉＡｌ）を成長させてある。
【図10】ＭＲＡＭデバイスとして使用されるＳＯＴ ＭＴＪの概略断面図である。
【図11】一実施形態による、バルクＢｉＳｂ層から界面へのＳｂマイグレーションの問題を示す。
【0014】
理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を示すために、可能な限り、同一の参照番号を使用している。一実施形態で開示される要素は、特に断ることなく、他の実施形態に有益に利用され得ることが企図される。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下では、本開示の実施形態を参照する。しかしながら、本開示は、具体的に説明される実施形態に限定されないことを理解されたい。その代わりに、以下の特徴及び要素の任意の組み合わせが、異なる実施形態に関連するか否かに関わらず、本開示を実施及び実践すると企図される。更に、本開示の実施形態は、他の可能な解決策に勝る、及び／又は先行技術に勝る利点を達成し得るが、特定の利点が所与の実施形態によって達成されるか否かは、本開示を限定するものではない。したがって、以下の態様、特徴、実施形態、及び利点は、単なる例示に過ぎず、請求項（複数可）に明示的に記載されている場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素又は限定とみなされない。同様に、「本開示」への言及は、本明細書に開示される任意の発明の主題の一般化として解釈されるものではなく、請求項に明示的に記載されている場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素又は限定であるとみなされるべきではない。
【0016】
本開示は、概して、バッファ層と、バッファ層上に配設された（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備えるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。バッファ層及び中間層は各々、独立して、単層の材料又は多層の材料であり得る。バッファ層及び中間層は各々、共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又はアモルファス金属材料のうちの少なくとも１つを含む。バッファ層及び中間層は、ＢｉＳｂ層内のアンチモン（Ｓｂ）のマイグレーションを抑制し、ＢｉＳｂ層の均一性を高め、それと同時にＢｉＳｂ層の（０１２）方位を更に促進する。
【0017】
本開示の実施形態は、概して、（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層の保存を促進するバッファ層に関する。アンチモン（Ｓｂ）は、高反応性であり、バッファ層は、（０１２）方位におけるＢｉＳｂの成長を促進しながら、ＢｉＳｂ層と外部材料との間の化学的相互作用を低減する低反応性媒体を提供する。バッファ層の構成は、ＢｉＳｂ層におけるＳｂのマイグレーションを低減する。
【0018】
（０１２）方位を有する従来のＢｉＳｂ層は、大きなスピンホール角効果及び高い導電率を有する。（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を使用して、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを形成することができる。例えば、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を、磁気記録ヘッドのスピン軌道トルクデバイスにおけるスピンホール層として、例えば、読み取りヘッド及び／又はマイクロ波アシスト磁気記録（microwave assisted magnetic recording、ＭＡＭＲ）書き込みヘッドの一部として、使用することができる。別の例では、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスにおけるスピンホール電極層として使用することができる。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを、垂直スタック構成又は面内スタック構成とすることができる。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを、例えば、ＭＡＭＲ書き込みヘッドで、ＭＲＡＭで、人工知能チップで、及び他の用途で利用することができる。（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層スタック３０４は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスにおいて、（００１）方位を有するＢｉＳｂ層よりも高いスピンホール角及び高い性能を有する。
【0019】
図１は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有するＭＡＭＲ書き込みヘッドを含む磁気媒体ドライブ１００の特定の実施形態の概略図である。そのような磁気媒体ドライブは、単一のドライブであり得るか、又は複数のドライブ／デバイスを含み得る。例示を容易にするために、特定の実施形態による単一のディスクドライブ１００が示されている。図示のとおり、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２は、スピンドル１１４上に支持され、駆動モータ１１８によって回転される。各磁気ディスク１１２上の磁気記録は、磁気ディスク１１２上の同心データトラック（図示せず）の環状パターンなどの、データトラックの任意の好適なパターンの形態である。
【0020】
少なくとも１つのスライダ１１３は、磁気ディスク１１２の近傍に配置され、各スライダ１１３は、ＳＯＴデバイスを含む１つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支持する。磁気ディスク１１２が回転するにつれて、スライダ１１３は、所望のデータが書き込まれる磁気ディスク１１２の異なるトラックに磁気ヘッドアセンブリ１２１がアクセスし得るように、ディスク表面１２２の上方で半径方向内外に移動する。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に向かって付勢するわずかなばね力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図２に示されるようなアクチュエータ手段１２７は、ボイスコイルモータ（voice coil motor、ＶＣＭ）であり得る。ＶＣＭは、固定磁場内で移動可能なコイルを含み、コイル移動の方向及び速度は、制御ユニット１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【0021】
ディスクドライブ１００の動作中、磁気ディスク１１２の回転は、スライダ１１３とディスク表面１２２との間に空気軸受を生成し、これがスライダ１１３に上向きの力又は揚力を作用させる。したがって、空気軸受は、サスペンション１１５のわずかなばね力と相殺し、通常の動作中、スライダ１１３をディスク表面１２２から、小さい、実質的に一定の間隔だけ離して、ディスク表面１２２のわずかに上方で支持する。
【0022】
ディスクドライブ１００の各種構成要素は、アクセス制御信号及び内部クロック信号などの、制御ユニット１２９によって生成された制御信号によって動作制御される。典型的には、制御ユニット１２９は、論理制御回路、記憶手段、及びマイクロプロセッサを備える。制御ユニット１２９は、ライン１２３のドライブモータ制御信号及びライン１２８のヘッド位置及びシーク制御信号など、様々なシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン１２８上の制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動及び配置するために、所望の電流プロファイルを提供する。書き込み及び読み取り信号は、記録チャネル１２５によってアセンブリ１２１上の書き込み及び読み取りヘッドへ／から通信される。
【0023】
典型的な磁気媒体ドライブについての上記説明、及びそれに伴う図１の例示は、例示目的に過ぎない。磁気媒体ドライブが、多数の媒体、又はディスク、及びアクチュエータを含み得、各アクチュエータが、多数のスライダを支持し得ることは明らかであろう。
【0024】
図２は、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスを有する読み取り／書き込みヘッド２００の特定の実施形態の部分断面側面図である。読み取り／書き込みヘッド２００は、磁気媒体１１２に対向する。読み取り／書き込みヘッド２００は、図１に示す磁気ヘッドアセンブリ１２１に対応し得る。読み取り／書き込みヘッド２００は、ディスク１１２に対向する、ガスベアリング面などの媒体対向面（media facing surface、ＭＦＳ）２１２と、ＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０と、磁気読み取りヘッド２１１と、を含む。図２に示されるように、磁気媒体１１２は、矢印２３２によって示される方向に、ＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０を通過して移動し、読み取り／書き込みヘッド２００は、矢印２３４によって示される方向に移動する。
【0025】
いくつかの実施形態では、磁気読み取りヘッド２１１は、磁気抵抗（magnetoresistive、ＭＲ）読み取りヘッドであり、ＭＲシールドＳ１とＳ２との間に位置付けられるＭＲ感知素子２０４を含む。他の実施形態では、磁気読み取りヘッド２１１は、ＭＲシールドＳ１及びＳ２間に位置付けられるＭＴＪ感知デバイス２０４を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）読み取りヘッドである。磁気ディスク１１２内の隣接する磁化領域の磁場は、記録ビットとしてＭＲ（又はＭＴＪ）感知素子２０４によって検出可能である。様々な実施形態のＳＯＴ ＭＴＪデバイスを、読み取りヘッド２１１に組み込むことができる。
【0026】
ＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０は、主磁極２２０と、リーディングシールド２０６と、トレーリングシールド２４０と、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）デバイス２５０と、主磁極２２０を励起するコイル２１８と、を含む。コイル２１８は、図２に示される「らせん」構造の代わりに、主磁極２２０とトレーリングシールド２４０との間の後部接点の周りに巻き付く「パンケーキ」構造を有してもよい。ＳＯＴデバイス２５０は、主磁極２２０とトレーリングシールド２４０との間のギャップ２５４に形成されている。主磁極２２０は、トレーリングテーパ部２４２及びリーディングテーパ部２４４を含む。トレーリングテーパ部２４２は、ＭＦＳ２１２から凹んだ場所からＭＦＳ２１２まで延在する。リーディングテーパ部２４４は、ＭＦＳ２１２から凹んだ場所からＭＦＳ２１２まで延在する。トレーリングテーパ部２４２及びリーディングテーパ部２４４は、同じテーパ度を有してもよく、テーパ度は、主磁極２２０の長手方向軸２６０に対して測定される。いくつかの実施形態では、主磁極２２０は、トレーリングテーパ部２４２及びリーディングテーパ部２４４を含まない。その代わりに、主磁極２２０は、トレーリング側（図示せず）及びリーディング側（図示せず）を含み、トレーリング側とリーディング側とは、実質的に平行である。主磁極２２０は、ＦｅＣｏ合金などの磁性材料であり得る。リーディングシールド２０６及びトレーリングシールド２４０は、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料であり得る。特定の実施形態では、トレーリングシールド２４０は、トレーリングシールドホットシード層２４１を含むことができる。トレーリングシールドホットシード層２４１は、ＣｏＦｅＮ又はＦｅＸＮなどの高モーメントスパッタ材料を含むことができ、Ｘは、Ｒｈ、Ａｌ、Ｔａ、Ｚｒ、及びＴｉのうちの少なくとも１つを含む。特定の実施形態では、トレーリングシールド２４０は、トレーリングシールドホットシード層を含まない。
【0027】
図３Ａ及び図３Ｂは、様々な実施形態による、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス３００、３０１を例示している。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１は各々、図１のドライブ１００のＭＡＭＲ書き込みヘッド、図２の読み取り／書き込みヘッド２００、又は他の好適な磁気媒体ドライブにおいて個々に使用され得る。
【0028】
図３Ａは、一実施形態による、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００を例示している。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００は、基板３０２と、基板３０２上に配設されたバッファ層３１０と、バッファ層３１０上に配設された（０１２）の結晶方位を有するＢｉＳｂ層３０４又はＢｉＳｂ層スタック３０４と、ＢｉＳｂ層３０４上に配設された中間層３２０と、中間層３２０上に配設されたトンネル磁気抵抗（tunnel magnetoresistance、ＴＭＲ）様自由層３２２と、ＴＭＲ様自由層３２２上に配設されたＭｇＯ層３２４と、を備える。図３Ｂは、一実施形態による、逆ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３０１を例示している。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３０１は、基板３０２と、基板３０２上に配設されたＭｇＯ層３２４と、ＭｇＯ層３２４上に配設されたＴＭＲ様自由層３２２と、ＴＭＲ様自由層３２２上に配設されたバッファ層３１０と、バッファ層３１０上に配設された（０１２）の結晶方位を有するＢｉＳｂ層３０４と、ＢｉＳｂ層３０４上に配設された中間層３２０と、を備える。ＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１は、異なる配置で同じ層３０２、３０４、３１０、３２０、３２２、３２４を備える。
【0029】
基板３０２を、シリコン基板又はアルミナ基板とすることができる。シリコン基板３０２は、（１１１）、（１００）、（１００）、又は他の結晶方位の立方晶構造を有する。アルミナ基板３０２は、（００１）方位を有するか、又は他の結晶方位を有する六方晶構造を有するか、又はアモルファス構造を有する。基板３０２を、ベア基板とすることができるし、基板３０２は、上に熱成長又は堆積された酸化物層などの、上に形成された１つ以上の層を有することができる。
【0030】
一実施形態では、中間層３２０は、バッファ層３１０と同じ材料であり得る。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、中間層３２０及びバッファ層３１０は各々、結晶材料又はアモルファス材料の単層を個々に含み得る。別の例では、中間層３２０及びバッファ層３１０は各々、結晶材料及び／又はアモルファス材料の複数の層を個々に含み得る。別の実施形態では、中間層３２０及びバッファ層３１０は各々、１つ以上の異なる材料を個々に含む。
【0031】
バッファ層３１０及び中間層３２０は各々、図４Ａ～図４Ｄにおいて以下で更に議論されるように、個々に多層構造であり得る。一実施形態では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、共有結合アモルファス層である。共有結合アモルファス材料は、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物のうちの１つを含み得る。共有結合アモルファス材料は、約３．５Å～３．７１Åの結晶構造の格子定数（ａｆｃｃ）を有し、共有結合アモルファス材料は、およそａｆｃｃを３の平方根で除したものに等しい最近接距離を有する。いくつかの構成では、最近接距離は、約２．０Å～約２．２Åである。
【0032】
いくつかの実施形態では、バッファ層３１０及び中間層３２０は各々、１つ以上の高度に結合された材料を個々に含み、これにより、材料は、イオン性化学物質よりもＢｉＳｂ層３０４中のＳｂ又はＢｉと相互作用する可能性が低い。図４Ａ～図４Ｄにおいて以下で更に議論されるように、バッファ層３１０及び中間層３２０は各々、共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を個々に含み得る。
【0033】
図４Ａ～図４Ｄは、様々な実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１とともに利用され得るバッファ層３１０及び／又は中間層３２０の例示的な多層構造を例示している。図４Ａ～図４Ｄに示されるように、バッファ層３１０及び中間層３２０は各々、１つ以上のアモルファス又は結晶性のサブ層又は中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６を個々に含み得る。
【0034】
図４Ａ～図４Ｄの実施形態を互いに組み合わせて使用することができ、これらの実施形態は、可能なバッファ層３１０及び／又は中間層３２０の排他的な列挙ではない。更に、図４Ａ～図４Ｄの各々は、バッファ層３１０及び中間層３２０の両方について記載しているが、バッファ層３１０及び中間層３２０は、異なる構成又は異なる量のサブ層又は中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６を有してもよい。更に、バッファ層３１０は、図３Ａ及び図３Ｂにおいて上で記載され、示されるような結晶材料又はアモルファス材料の単層であってもよく、中間層３２０は、図４Ａ～図４Ｄにおいて下で記載されるような多層構造であってもよく、又はその逆であってもよい。
【0035】
図４Ａにおいて、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、第１の中間層３１２と、第１の中間層３１２上に配設された第２の中間層３１４と、を備える。一実施形態では、第１の中間層３１２は、金属アモルファス材料を含み、第２の中間層３１４は、正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料を含む。別の実施形態では、第１の中間層３１２は、金属アモルファス材料を含み、第２の中間層３１４は、テクスチャ化された（１００）層を含む。
【0036】
正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料は、約４．４９Å～約４．６９Åの範囲のａ軸と、約２．８８Å～約３．１５Åの範囲のｃ軸と、を有し得る。正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料は、約４．２０Å～約４．７５Åの範囲のａ軸格子パラメータを有し得る。正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料は、ＳｂＯ２、ＴｉＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＣｒＯ２、ＶＯ２、ＯｓＯ２、ＲｈＯ２、ＰｄＯ２、ＷＶＯ４、ＣｒＮｂＯ４、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、並びにこれらと、Ｗ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される１つ以上の元素との複合体からなる群から選択され得る。
【0037】
アモルファス金属材料は、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される１つ以上の元素との合金の組み合わせからなる群から選択され得る。
【0038】
テクスチャ化された（１００）層は、（１）ＲｕＡｌ、（２）以下のいくつかの選択肢に従って組み込まれたＣｒからなる群から選択され得る：（２ａ）２５０℃以上の温度で堆積される、（２ｂ）Ｘ＝１０原子％未満であるＲｕ、Ｍｏ、Ｗ、若しくはＴｉである加熱されたＣｒＸ合金中、又はｎが約２０原子％～約５０原子％であるＣｒＭｏｎ中のものである、（２ｃ）加熱された（例えば、約２００℃以下に）Ｃｒ／ＣｒＭｏｎ又はＣｒＭｏｎ／Ｃｒ／ＣｒＭｏｎのスタック中のもの。
【0039】
図４Ｂにおいて、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、第１の中間層３１２と、第１の中間層３１２上に配設された第２の中間層３１４と、第２の中間層３１４上に配設された第３の中間層３１６と、を備える。第１の中間層３１２は、金属アモルファス材料を含み、第２の中間層３１４は、テクスチャ化された（１００）層を含む。一実施形態では、第３の中間層３１６は、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）層を含む。別の実施形態では、第３の中間層３１６は、ｆｃｃ（１００）層を含む。また別の実施形態では、第３の中間層３１６は、正方晶（００１）層を含む。
【0040】
ｂｃｃ（１００）材料は、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、Ａｌ１０Ｎｂ４０Ｔｉ５０、Ｃｒ、Ｂ２相のＲｕＡｌ、Ｂ２相のＮｉＡｌ、Ｂ２相のＲｈＡｌ、並びにこれらと、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される１つ以上の元素との合金の組み合わせからなる群から選択され得る。
【0041】
ｆｃｃ（１００）材料は、約４．２０Å～約４．７０Åの範囲の格子パラメータを有し得る。ｆｃｃ（１００）材料は、（１）ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、及びＷＣ、（２）ＣｏＯ、ＳＩＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、及びＺｎＯからなる群から選択されるジンクブレンド立方晶ｆｃｃ（１００）材料、（３）Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素との、酸化物、炭化物、及び窒化物のうちの（１）及び（２）の複合体の組み合わせ、並びに（４）ＭｏＺｒ１０、ＭｏＮｉ２０、ＮｂＺｒ２０からなる群から選択されるｆｃｃ金属、及びこれらと、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素との合金の組み合わせ、の酸化物、炭化物、及び窒化物からなる群から選択され得る。言い換えれば、ｆｃｃ（１００）は、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳＩＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、ＭｏＺｒ１０、ＭｏＮｉ２０、ＮｂＺｒ２０、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素とのそれらの複合体の組み合わせからなる群から選択される。
【0042】
図４Ｃでは、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、第１の中間層３１２と、第１の中間層３１２上に配設された第２の中間層３１４と、第２の中間層３１４上に配設された第３の中間層３１６と、第３の中間層３１６上に配設された第４の中間層３１８と、を備える。第１の中間層３１２は、金属アモルファス材料を含み、第２の中間層３１４は、テクスチャ化された（１００）層を含む。一実施形態では、第３の中間層３１６は、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）層を含み、第４の中間層３１８は、ｆｃｃ（１００）層を含む。
【0043】
別の実施形態では、第３の中間層３１６は、テクスチャ化された（１００）ｂｃｃ材料を含み、第４の中間層３１８は、正方晶（１１０）材料を含む。また別の実施形態では、第３の中間層３１６は、テクスチャ化された（１００）ｂｃｃ材料を含み、第４の中間層３１８は、正方晶（００１）材料を含む。
【0044】
図４Ｄにおいて、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、金属アモルファス材料を含む第１の中間層３１２と、テクスチャ化された（１００）材料を含む第２の中間層３１４と、テクスチャ化された（１００）ｂｃｃ材料を含む第３の中間層３１６と、正方晶（００１）材料を含む第４の中間層３１８と、ｆｃｃ（１００）材料を含む第５の中間層３２６と、を備える。
【0045】
特定の実施形態では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、スパッタリング、分子線エピタキシ、イオンビーム堆積、他の好適なＰＶＤプロセス、及びそれらの組み合わせなどの、物理気相堆積（ＰＶＤ）によって堆積される。特定の実施形態では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０は、２０℃～約２５℃などの周囲温度で堆積される。一態様では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０を周囲温度で形成することにより、中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６の熱マイグレーションが低減される。別の態様では、バッファ層３１０を周囲温度で形成することにより、バッファ層３１０を形成する前に基板３０２上に形成された磁性材料の磁化方向の変化が最小限に抑えられる。
【0046】
特定の実施形態では、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０のポストエッチングが行われる。例えば、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０を、ＢｉＳｂ層３０４が上に配設された中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６をエッチングするためにアルゴンイオンを向けることなどのイオンエッチングによってポストエッチングすることができる。ポストエッチングは、中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６の表面を清浄化することによって、かつ／又は中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６を歪めて、その上のＢｉＳｂ層３０４の（０１２）成長を促進することによって、中間層３１２、３１４、３１６、３１８、及び３２６とＢｉＳｂ層３０４との間の界面を強化すると考えられる。
【0047】
共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料（岩塩及びジンクブレンドの両方）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又はアモルファス金属材料のうちの少なくとも１つなどの、ＢｉＳｂ層３０４のＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面に適合する材料を、ＢｉＳｂ層３０４に接触して配設されたバッファ層３１０及び中間層３２０に含めることによって、ＢｉＳｂ層３０４の（０１２）成長が促進され、ＢｉＳｂ層３０４のＢｉ原子及びＳｂ原子の全体的な粒径を低減することによって、ＢｉＳｂ層３０４の表面粗さが低減される。ＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面を改善又は維持することにより、ＢｉＳｂ層３０４との化学的相互作用が低減され、これにより、ＢｉＳｂ層３０４のＳｂマイグレーションが抑制される。更に、ＢｉＳｂ層３０４と接触して配設されたＢｉＳｂ層３０４のＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面に適合する材料を含めることにより、エピタキシが改善され、粗さが低減され、ＢｉＳｂ層３０４の均一性が高まる。
【0048】
図５は、一実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１のＢｉＳｂ層スタック３０４であり得るサブ層を備えるＢｉＳｂ層スタック３０４の概略断面図である。ＢｉＳｂ層スタック３０４は、Ｂｉ積層体３０４ａ、３０４ｃを備える。バッファ層３１０上に、第１のＢｉ積層体３０４ａが配設されている。第１のＢｉ積層体３０４ａ上に、ＢｉＳｂ層３０４ｂが配設されている。ＢｉＳｂ層３０４ｂは、約１０％～約２０％の原子百分率でＳｂを含み得る。第２のＢｉ積層体３０４ｃは、ＢｉＳｂ層３０４ｂ上に配設されている。いくつかの実施形態では、第１のＢｉ積層体及び第２のＢｉ積層体３０４ａ、３０４ｃは各々、約０Å～約１０Åの厚さを有する。
【0049】
ＢｉＳｂ層スタック３０４は、（０１２）方位を有する。いくつかの実施形態では、ＢｉＳｂ層スタック３０４は、Ｂｉ１－ｘＳｂｘを含み、ｘは、０＜ｘ＜１である。特定の実施形態では、ＢｉＳｂ層スタック３０４は、Ｂｉ１－ｘＳｂｘを含み、ｘは、０．０５＜ｘ＜０．２２であるか、又は約７％～約２２％の原子パーセント含有量のアンチモンを含む。ＢｉＳｂ層スタック３０４は、約５０Å～約１５０Åなどの、約２０Å～約２００Åの厚さを有する。
【0050】
表１は、ベータ－タンタル及び（００１）方位を有するＢｉＳｂ層と比較した、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層スタック３０４の特性の一例を示す。
【0051】
【表1】
【0052】
（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層スタック３０４は、ベータ－タンタル（ベータ－Ｔａ）と同様の導電率、及び、ベータ－Ｔａ又は（００１）方位を有するＢｉＳｂ層よりもはるかに大きいスピンホール角を有する。したがって、スピンホール効果を生じさせるための相対電力は、ベータ－Ｔａ又はＢｉＳｂ（００１）と比較してＢｉＳｂ（０１２）の方が低い。
【0053】
図６Ａ～図６Ｅは、様々な実施形態による、図３Ａ及び図３ＢのＳＯＴ ＭＴＪデバイス３００、３０１内の層の原子格子構造を例示する概略図である。図６Ａ～図６Ｅの各々における様々な原子は、ドットによって表されている。
【0054】
図６Ａに示されるように、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層３０４又はＢｉＳｂ層スタック３０４は、ａ＝約４．５４Å及びｂ＝約４．７５Åの寸法を有する長方形表面を有し、一方向に約３％の不整合を有する。ＢｉＳｂ層又はＢｉＳｂ層スタック３０４の結晶格子構造は長方形であるが、ａ＝４．６４Åである正方格子として近似することができる。バッファ層３１０及び／又は中間層３２０が、格子構造又は４．６４Åに近い最近接距離を有する材料から作製される場合、バッファ層３１０材料及び／又は中間層３２０材料はまた、（０１２）方位におけるＢｉＳｂの成長を促進するために使用され得る。
【0055】
図６Ｂは、ｆｃｃ格子構造及びｂｃｃ格子構造の結晶構成の比較を例示している。黒丸は、ｂｃｃ原子を表し、白丸は、ｆｃｃ原子を表す。図６Ｂに示されるように、ａｆｃｃは、ａｂｃｃ√２に等しい。したがって、ｆｃｃ格子構造及びｂｃｃ格子構造の両方の結晶構成を、正方格子として近似することができる。
【0056】
図６Ｃは、（００１）方位のＲｕＯ２の正方晶構造を例示する例示的な直交ビューであり、黒丸は、Ｒｕを表し、白丸は、Ｏを表す。ＲｕＯ２は、バッファ層３１０及び／又は中間層３２０において利用され得る、（００１）方位の正方晶結晶格子構造の一例である。しかしながら、当業者であれば、正方晶（００１）方位を有する他の化学物質が代わりに利用されてもよいこと、及び正方晶（００１）方位はＲｕＯ２に限定されることを意図するものではないことが分かるであろう。ＲｕＯ２の場合、長方形角柱寸法は、ａ＝４．５０Å、ｂ＝４．５０Å、及びｃ＝３．１０Åである。したがって、ＲｕＯ２は、ａ＝４．５０Åである２Ｄ正方格子構造を有する。ａ＝４．６４ÅであるＢｉＳｂの結晶格子構造と比較すると、３％の差がある。したがって、（００１）方位を有するＲｕＯ２を利用して、ＢｉＳｂを（０１２）テクスチャで成長させることができる。
【0057】
図６Ｄは、（１１０）方位のＲｕＯ２の正方晶構造を例示する概略平面図である。図６Ｅは、ｆｃｃ（１００）方位のＭｇＯ及び正方晶（１１０）方位のＲｕＯ２の結晶構成の比較を例示している。（１１０）方位を有するＲｕＯ２の場合、ＲｕＯ２は、ａ＝６．３６Å及びｂ＝３．１０Åである結晶格子構造を有する。図６Ｄの破線の四角形に見られるように、Ｒｕ－Ｒｕ結合長及びＲｕ－Ｏ結合長の差に起因して、正方晶（１１０）方位におけるＢｉＳｂとＲｕＯ２との間により大きな不整合がある。ＢｉＳｂのａ値とＲｕＯ２のａ値との間に３７％の不整合があり、ＢｉＳｂのａ値とＲｕＯ２のｂ値との間に３３％の不整合がある。しかしながら、図６Ｄ～図６Ｅに見られるように、酸素原子（白丸によって表される）間の距離は、（０１２）方位のＢｉＳｂと一致する。
【0058】
図７及び図８は、約３０ÅのＮｉＦｅＴａのアモルファス層上に配設された、Ｂ２相の約３０ÅのＲｕＡｌのテクスチャ化された層のグラフ７００、８００である。図７において、グラフ７００は、近接した格子整合を有するこの層構成が均一な結晶格子構造をもたらすことを示す。希薄な格子整合は、材料の一部が材料のバルクとは異なる結晶格子構造を形成することをもたらす。図７において、ＭｇＯ又はＴａのいずれかが、ＲｕＡｌ層上に配設されている。Ｂ２相のＲｕＡｌは、３．０００Åのａｂｃｃを有し、Ｔａは、３．３０６Åのａｂｃｃを有し、値に１０％よりも大きい差がある。この不十分な格子整合に起因して、Ｔａの一部は、（１１０）方位で形成され、残りは、（２００）方位で形成される。対照的に、Ｂ２相のＲｕＡｌのａ√２値は、４．２４３Åであり、ＭｇＯのａｆｃｃは、４．２１０Åである。これらの値は近接していることから、ＭｇＯの大部分は、（１００）方位で形成される。
【0059】
ＭｇＯと同様の他のｆｃｃ材料は、導電性を有する。したがって、ｆｃｃ材料は、シャンティングを低減し、エピタキシを改善し、ＢｉＳｂの成長を改善する。正方晶系酸化物のいくつかはまた、高い抵抗率で導電性であり、ｆｃｃ材料と同様の改善された成長特性に寄与する。
【0060】
図８において、グラフ８００は、より近い格子構造を有するように材料を層状にすることが、ＢｉＳｂ層又はＢｉＳｂ層スタック３０４についてより均一な結晶格子構造成長をもたらすことを示す。図８において、１０ÅのＷがＲｕＡｌ層上に層状にされ、３０ÅのＴａがＷ層上に積層されている。Ｂ２相のＲｕＡｌは、３．０００Åのａｂｃｃを有し、Ｗは、３．１６５Åのａｂｃｃを有し、Ｔａは、３．３０６Åのａｂｃｃを有する。各層間のａｂｃｃの差が１０％未満であることから、結晶格子構造は、１０％を超える差で形成された格子構造よりも均一である。Ｔａ（１００）テクスチャは、Ｗを歪みバッファ層として使用することによって改善される。また、ＲｕＡｌに近接した格子を有する他のＢ２材料を、（１００）テクスチャ（例えば、ＮｉＡｌのような）で成長させることができる。
【0061】
図９Ａは、図１のドライブ１００又は他の好適な磁気媒体ドライブのＭＡＭＲ書き込みヘッドなどのＭＡＭＲ書き込みヘッドにおいて使用するためのＳＯＴデバイス９００の概略断面図である。ＳＯＴデバイス９００は、図３Ａ～図５のＢｉＳｂ層３０４及びバッファ層３１０などの、基板３０２上に形成されたバッファ層３１０上に形成された、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層３０４を備える。ＢｉＳｂ層３０４上には、スピントルク層（spin torque layer、ＳＴＬ）９７０が形成されている。ＳＴＬ９７０は、ＣｏＦｅ、ＣｏＩｒ、ＮｉＦｅ、及びＣｏＦｅＸ合金（式中、Ｘ＝Ｂ、Ｔａ、Ｒｅ、又はＩｒ）のうちの１つ以上などの強磁性材料を含む。
【0062】
特定の実施形態では、ＢｉＳｂ層３０４とＳＴＬ９７０との間に、電流シャントブロック層９６０が配設されている。電流シャントブロッキング層９６０は、ＢｉＳｂ層３０４からＳＴＬ９７０に流れる電流を低減するが、ＢｉＳｂ層３０４とＳＴＬ９７０とのスピン軌道結合を可能にする。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層９６０は、ＢｉＳｂ層３０４とＳＴＬ９７０との間に、非磁性材料よりも大きいスピン軌道結合を提供する磁性材料を含む。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層９６０は、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＭ、ＦｅＣｏＭＯ、ＦｅＣｏＭＭｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＭｅＯスタック、ＦｅＣｏＭＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯスタック、それらの複数の層／スタック、又はそれらの組み合わせの磁性材料を含み、Ｍは、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｕ、Ｃｒ、及びＮｉのうちの１つ以上であり、Ｍｅは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｙ、又はＣｒである。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層９６０は、約１０Å～約１００Åの厚さに形成されている。特定の態様では、１００Åを超える厚さを有する電流シャントブロッキング層９６０は、ＢｉＳｂ層３０４とＳＴＬ９７０とのスピン軌道結合を低減し得る。特定の態様では、１０Å未満の厚さを有する電流シャントブロッキング層は、ＢｉＳｂ層３０４からＳＴＬ９７０への電流を十分に低減しない場合がある。
【0063】
特定の実施形態では、ＳＴＬ９７０上に、スペーサ層９８０及びピン止め層９９０などの追加の層が形成されている。ピン止め層９９０は、ＳＴＬ９７０を部分的にピン止めすることができる。ピン止め層９９０は、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＩｒＭｎＣｒ、ＣｒＭｎＰｔ、ＦｅＭｎ、他の反強磁性材料、又はそれらの組み合わせの単層又は複数の層を含む。スペーサ層９８０は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、他の非磁性材料、又はそれらの組み合わせの単層又は複数の層を含む。
【0064】
図９Ｂ～図９Ｃは、図９ＡのＳＯＴデバイス９００を有するＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０の一部分の特定の実施形態の概略ＭＦＳ図である。ＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０を、書き込みヘッド図２、又は図１のドライブ１００における他の好適な書き込みヘッド、又はテープドライブなどの他の好適な磁気媒体ドライブとすることができる。ＭＡＭＲ書き込みヘッド２１０は、トラック方向に主磁極２２０及びトレーリングシールド２４０を含む。ＳＯＴデバイス９００は、主磁極とトレーリングシールド２４０との間のギャップに配設されている。
【0065】
動作中、スピンホール層として作用するＢｉＳｂ層又はＢｉＳｂ層スタック３０４を流れる充電電流が、ＢｉＳｂ層にスピン電流を発生させる。ＢｉＳｂ層とスピントルク層（ＳＴＬ）９７０とのスピン軌道結合は、ＢｉＳｂ層３０４からのスピン電流のスピン軌道結合によって、ＳＴＬ９７０の磁化のスイッチング又は歳差運動を引き起こす。ＳＴＬ９７０の磁化のスイッチング又は歳差運動は、書き込み磁界に対するアシストＡＣ磁場を生成することができる。ＳＯＴに基づくエネルギーアシスト書き込みヘッドは、スピン移行トルクに基づくＭＡＭＲ書き込みヘッドと比較して、数倍大きい電力効率を有する。図９Ｂに示されるように、ＳＴＬ９７０の磁化方向の容易軸は、ＳＴＬ９７０の形状異方性から、図９Ａのピン止め層９９０から、及び／又はＳＴＬ９７０に近接するハードバイアス素子から、ＭＦＳに垂直である。図９Ｃに示されるように、ＳＴＬ９７０の磁化方向の容易軸は、ＳＴＬ９７０の形状異方性から、図９Ａのピン止め層９９０から、及び／又はＳＴＬ９７０に近接するハードバイアス素子から、ＭＦＳに平行である。
【0066】
図１０は、ＭＲＡＭデバイス１０００として使用されるＳＯＴ ＭＴＪ１００１の概略断面図である。ＭＲＡＭデバイス１０００は、基準層（reference layer、ＲＬ）１０１０と、ＲＬ１０１０上のスペーサ層１０２０と、スペーサ層１０２０上の記録層１０３０と、記録層１０３０上の電流シャントブロック層１０４０上のバッファ層３１０と、バッファ層３１０上のＢｉＳｂ層又はＢｉＳｂ層スタック３０４と、を備える。ＢｉＳｂ層３０４及びバッファ層３１０は、図３Ａ～図５のＢｉＳｂ層３０４及びバッファ層３１０であり得る。
【0067】
ＲＬ１０１０は、ＣｏＦｅ、他の強磁性材料、及びそれらの組み合わせの単層又は複数の層を含む。スペーサ層１０２０は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、他の誘電体材料、又はそれらの組み合わせの単層又は複数の層を含む。記録層１０３０は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、他の強磁性材料、又はそれらの組み合わせの単層又は複数の層を含む。
【0068】
上述したように、特定の実施形態では、電流シャントブロック層１０４０は、バッファ層３１０と記録層１０３０との間に配設されている。電流シャントブロッキング層１０４０は、ＢｉＳｂ層３０４から記録層１０３０に流れる電流を低減するが、ＢｉＳｂ層３０４と記録層１０３０とのスピン軌道結合を可能にする。例えば、ＭＲＡＭデバイスへの書き込みを、ＢｉＳｂ層と記録層１０３０とのスピン軌道結合によって可能にすることができ、これにより、ＢｉＳｂ層３０４からのスピン電流のスピン軌道結合によって記録層１０３０の磁化のスイッチングが可能になる。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層１０４０は、ＢｉＳｂ層３０４と記録層１０３０との間に、非磁性材料よりも大きいスピン軌道結合を提供する磁性材料を含む。特定の実施形態では、電流シャントブロッキング層１０４０は、ＦｅＣｏＭ、ＦｅＣｏＭＯ、ＦｅＣｏＭＭｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＭｅＯスタック、ＦｅＣｏＭＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯ、ＦｅＣｏＭ／ＮｉＭｎＭｇＺｎＦｅＯスタック、それらの複数の層／スタック、又はそれらの組み合わせの磁性材料を含み、Ｍは、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃｕ、Ｃｒ、及びＮｉのうちの１つ以上であり、Ｍｅは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｙ、又はＣｒである。
【0069】
図１０のＭＲＡＭデバイス１０００は、ピン止め層、ピン止め構造（例えば、合成反強磁性（synthetic antiferromagnetic、ＳＡＦ）ピン止め構造）、電極、ゲート、及び他の構造などの、他の層を含み得る。（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層３０４を利用してバッファ層３１０上に図１０の構造以外の他のＭＲＡＭデバイスを形成して、ＳＯＴ ＭＴＪ１００１を形成することができる。
【0070】
共有結合アモルファス材料、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又はアモルファス金属材料のうちの少なくとも１つなどの、ＢｉＳｂ層のＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面に適合する材料を、ＢｉＳｂ層に接触して配設されたバッファ層及び中間層に含めることによって、ＢｉＳｂ層の（０１２）成長が促進され、ＢｉＳｂ層のＢｉ原子及びＳｂ原子の全体的な粒径を低減することによって、ＢｉＳｂ層の表面粗さが低減される。ＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面を改善又は維持することにより、ＢｉＳｂ層との化学的相互作用が低減され、これにより、ＢｉＳｂ層のＳｂマイグレーションが抑制される。更に、ＢｉＳｂ層と接触して配設されたＢｉＳｂ層のＢｉＳｂ（０１２）テクスチャ化された表面に適合する材料を含めることにより、エピタキシが改善され、粗さが低減され、ＢｉＳｂ層の均一性が高まる。
【0071】
一実施形態では、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層であって、バッファ層が、アモルファス構造の材料を含むアモルファス層であって、材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、アモルファス層を備える、バッファ層と、バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、バッファ層が、ＢｉＳｂ層中のＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、を備える。
【0072】
バッファ層は、１つ以上のサブ層を更に備え、１つ以上のサブ層の各々が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む。１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層は、ｂｃｃ（１００）材料を含み、ｂｃｃ（１００）材料が、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、Ａｌ１０Ｎｂ４０Ｔｉ５０、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＸであって、Ｂ２相において、Ｘ＝Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、又はＲｕＡｌである、ＣｒＸ、並びにこれらと、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される。１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層は、ｆｃｃ（１００）材料を含み、ｆｃｃ（１００）材料が、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳＩＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、ＭｏＺｒ１０、ＭｏＮｉ２０、ＮｂＺｒ２０、並びにＷ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素とのそれらの複合体の組み合わせからなる群から選択される。
【0073】
１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層は、正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料を含み、正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料が、ＳｂＯ２、ＴｉＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＣｒＯ２、ＶＯ２、ＯｓＯ２、ＲｈＯ２、ＰｄＯ２、ＷＶＯ４、ＣｒＮｂＯ４、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、並びにこれらと、Ｗ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される元素との複合体からなる群から選択される。正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料は、約４．４９Å～約４．６９Åの範囲のａ軸と、約２．８８Å～約３．１５Åの範囲のｃ軸と、を有する。１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層は、アモルファス金属材料を含み、アモルファス金属材料が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される。
【0074】
アモルファス構造中の材料は、ａｆｃｃ結晶構造からの（１１１）ｄ間隔に対応する、約２．０Å～約２．２Åに等しいｄ間隔を有する最近接ＸＲＤ回折ピークを有し、ａｆｃｃが、約３．５Å～３．８Åである。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、酸化物、又は窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む。
【0075】
別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層であって、バッファ層が、少なくとも１つの第１の中間層を備え、少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、（０１２）方位を有するビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層を備える、バッファ層上に形成されたＢｉＳｂ層スタックであって、ＢｉＳｂ層スタックが、第１のＢｉ層であって、ＢｉＳｂ層が、第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、第１のＢｉ層及び第２のＢｉ層が各々、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化したＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、ＢｉＳｂ層スタックと、を備える。
【0076】
バッファ層は、第１の中間層の下に配設されたアモルファス層を更に備え、アモルファス層が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含む。バッファ層は、少なくとも１つの第２の中間層を更に備える。少なくとも１つの第２の中間層は、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料である。少なくとも１つの第２の中間層は、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料である。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、中間層が、少なくとも１つの第１の中間層と同じ材料を含む。第１のＢｉ層及び第２のＢｉ層は各々、約０Å～約１０Åの幅を有する。少なくとも１つの第１の中間層は、正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料を含み、正方晶（００１）材料又は正方晶（１１０）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲のａ軸格子パラメータを有する。少なくとも１つの第１の中間層は、ｆｃｃ（１００）材料を含み、ｆｃｃ（１００）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲の格子パラメータを有する。
【0077】
また別の実施形態では、ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、基板と、基板上に形成されたバッファ層と、を備え、バッファ層が、（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層と、を備え、第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを備える。ＳＯＴ ＭＴＪデバイスは、バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、バッファ層が、ＢｉＳｂ層中のＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を更に備える。
【0078】
バッファ層は、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含むアモルファス層を更に備える。アモルファス層は、基板上に配設されており、テクスチャ化された層が、アモルファス層上に配設されており、第１の中間層が、テクスチャ化された層上に配設されており、ＢｉＳｂ層が、第１の中間層上に配設されている。バッファ層は、１つ以上の第２の中間層を更に備え、１つ以上の第２の中間層が、第１の中間層とは異なる立方晶構造を有する。
【0079】
中間層は、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む。テクスチャ化された層は、ＲｕＡｌと、約２５０℃以上の温度で堆積されたＣｒか、約１０原子パーセント未満のＸ＝Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、又はＴｉである、加熱されたＣｒＸ合金中のＣｒであって、ＣｒＸ合金が、約２００℃以下の温度に加熱される、Ｃｒか、ｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントであるＣｒＭｏｎとしてのＣｒ、又はｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントである、加熱されたＣｒ／ＣｒＭｏｎ若しくはＣｒＭｏｎ／Ｃｒ／ＣｒＭｏｎのサンドイッチ状のＣｒとからなる群から選択される。
【0080】
上記は本開示の実施形態を目的とするが、本開示の他の及び更なる実施形態が、その基本的範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
アモルファス構造の材料を含むアモルファスサブ層を含み、前記材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、バッファ層であって、前記アモルファス構造中の前記材料が、約２．０Å～約２．２Åに等しいｄ間隔を有する最近接ＸＲＤ回折ピークを有する、前記バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、を備え、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項2】
前記バッファ層が、前記アモルファスサブ層に加えて、１つ以上のサブ層を更に備え、前記１つ以上のサブ層の各々が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項3】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記ｂｃｃ（１００）材料を含み、前記ｂｃｃ（１００）材料が、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＷＴｉ５０、Ａｌ１０Ｎｂ４０Ｔｉ５０、Ｃｒ、ＣｒＭｏ、ＣｒＸであって、Ｂ２相において、Ｘは、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、又はＲｕＡｌである、ＣｒＸ、並びにこれらと、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項4】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記ｆｃｃ（１００）材料を含み、前記ｆｃｃ（１００）材料が、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＺｒＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、ＳｃＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＷＣ、ＣｏＯ、ＳＩＣ、ＧａＮ、ＦｅＮ、ＺｎＯ、ＭｏＺｒ１０、ＭｏＮｉ２０、ＮｂＺｒ２０、並びにこれらと、Ｗ、Ａｌ、及びＳｉからなる群から選択される１つ以上の元素との複合体の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項5】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、ＳｂＯ２、ＴｉＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＣｒＯ２、ＶＯ２、ＯｓＯ２、ＲｈＯ２、ＰｄＯ２、ＷＶＯ４、ＣｒＮｂＯ４、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、ＺｎＮｂＴｉ、ＺｎＴｉＴａ、これらの複合体、並びにこれらと、Ｗ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される元素との合金からなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項6】
前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、約４．４９Å～約４．６９Åの範囲のａ軸と、約２．８８Å～約３．１５Åの範囲のｃ軸と、を有する、請求項５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項7】
前記１つ以上のサブ層のうちの少なくとも１つのサブ層が、前記アモルファス金属材料を含み、前記アモルファス金属材料が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される、請求項２に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項8】
前記最近接ＸＲＤ回折ピークが、ａｆｃｃ結晶構造からの（１１１）ｄ間隔に対応し、ａｆｃｃが、約３．５Å～３．８Åである、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項9】
最近接距離が、約２．０Å～約２．２Åである、請求項８に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項10】
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、前記中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、酸化物、又は窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項１に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項11】
磁気記録デバイスであって、
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
アモルファス構造の材料を含むアモルファスサブ層を含み、前記材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、バッファ層であって、前記アモルファス構造中の前記材料が、約２．０Å～約２．２Åに等しいｄ間隔を有する最近接ＸＲＤ回折ピークを有する、前記バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、を備え、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、磁気記録デバイス。
【請求項12】
磁気抵抗メモリであって、
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
アモルファス構造の材料を含むアモルファスサブ層を含み、前記材料が、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含む、バッファ層であって、前記アモルファス構造中の前記材料が、約２．０Å～約２．２Åに等しいｄ間隔を有する最近接ＸＲＤ回折ピークを有する、前記バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層と、を備え、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂのマイグレーションを低減するように構成されている、磁気抵抗メモリ。
【請求項13】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
少なくとも１つの第１の中間層を備え、前記少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層スタックと、を備え、前記ＢｉＳｂ層スタックが、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を含み、前記ＢｉＳｂ層スタックが、
第１のＢｉ層であって、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層は、
各々が、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、
前記ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化した前記ＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項14】
前記バッファ層が、前記第１の中間層の下に配設されたアモルファス層を更に備え、前記アモルファス層が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１３に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項15】
前記バッファ層が、少なくとも１つの第２の中間層を更に備える、請求項１４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項16】
前記少なくとも１つの第２の中間層が、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料である、請求項１５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項17】
前記少なくとも１つの第２の中間層が、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料である、請求項１５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項18】
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層を更に備え、前記中間層が、前記少なくとも１つの第１の中間層と同じ材料を含む、請求項１３に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項19】
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層が各々、約０Å～約１０Åの幅を有する、請求項１３に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項20】
前記少なくとも１つの第１の中間層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲のａ軸格子パラメータを有する、請求項１３に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項21】
前記少なくとも１つの第１の中間層が、前記ｆｃｃ（１００）材料を含み、前記ｆｃｃ（１００）材料が、約４．１８Å～約４．７５Åの範囲の格子パラメータを有する、請求項１３に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項22】
磁気記録デバイスであって、
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
少なくとも１つの第１の中間層を備え、前記少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層スタックと、を備え、前記ＢｉＳｂ層スタックが、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を含み、前記ＢｉＳｂ層スタックが、
第１のＢｉ層であって、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層は、
各々が、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、
前記ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化した前記ＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、磁気記録デバイス。
【請求項23】
磁気抵抗メモリであって、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
少なくとも１つの第１の中間層を備え、前記少なくとも１つの第１の中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、又は共有結合炭化物、共有結合酸化物、若しくは共有結合窒化物を含むアモルファス材料のうちの少なくとも１つを含む、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層スタックと、を備え、前記ＢｉＳｂ層スタックが、（０１２）方位を有するＢｉＳｂ層を含み、前記ＢｉＳｂ層スタックが、
第１のＢｉ層であって、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１のＢｉ層上に配設されている、第１のＢｉ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された第２のＢｉ層と、を更に備え、
前記第１のＢｉ層及び前記第２のＢｉ層は、
各々が、約０Å超かつ約１０Å未満の厚さを有し、
前記ＢｉＳｂ層をサンドイッチ状にして、（０１２）ＢｉＳｂテクスチャを促進し、Ｓｂマイグレーションによって劣化した前記ＢｉＳｂ層の化学的均一性及び構造を改善するように構成されたＳｂ組成変調層として機能する、磁気抵抗デバイス。
【請求項24】
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスであって、基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、
前記テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層であって、前記第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを含む、第１の中間層と、を備える、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備える、ＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項25】
前記バッファ層が、ＮｉＴａ、ＮｉＦｅＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅＷ、ＮｉＦｅＨｆ、ＣｏＨｆＢ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢ、並びにこれらと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ａｌ、及びＴｉからなる群から選択される元素との合金の組み合わせからなる群から選択される材料を含むアモルファス層を更に含む、請求項２４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項26】
前記アモルファス層が、前記基板上に配設されており、前記テクスチャ化された層が、前記アモルファス層上に配設されており、前記第１の中間層が、前記テクスチャ化された層上に配設されており、前記ＢｉＳｂ層が、前記第１の中間層上に配設されている、請求項２５に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項27】
前記バッファ層が、１つ以上の第２の中間層を更に備え、前記１つ以上の第２の中間層が、前記第１の中間層とは異なる立方晶構造を有する、請求項２４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項28】
前記中間層が、正方晶（００１）材料、正方晶（１１０）材料、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）材料、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）材料、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）材料、テクスチャ化されたｆｃｃ（１００）材料、テクスチャ化された（１００）材料、共有結合炭化物、共有結合酸化物、又は共有結合窒化物を含むアモルファス材料、アモルファス金属材料、及び先行材料のいずれかのうちの１つ以上の層状の組み合わせからなる群から選択される１つ以上の材料を含む、請求項２４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項29】
前記テクスチャ化された層が、ＲｕＡｌ、及び
Ｃｒからなる群から選択され、前記Ｃｒは、
約２５０℃以上の温度で堆積されたものであるか、
Ｘが、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、又はＴｉである加熱されたＣｒＸ合金中、約１０原子パーセント未満であり、前記ＣｒＸ合金が、約２００℃以下の温度に加熱されているものであるか、
ｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントであるＣｒＭｏｎとしてのものであるか、又は
ｎが約２０原子パーセント～約５０原子パーセントである加熱されたＣｒ及びＣｒＭｏｎ若しくはＣｒＭｏｎ、Ｃｒ及びＣｒＭｏｎのサンドイッチ状のものである、請求項２４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項30】
前記第１の中間層が、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料を含み、前記正方晶（００１）材料又は前記正方晶（１１０）材料が、酸化ルテニウム（ＩＶ）（ＲｕＯ２）である、請求項２４に記載のＳＯＴ ＭＴＪデバイス。
【請求項31】
磁気記録デバイスであって、
スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、
前記テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層であって、前記第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを含む、第１の中間層と、を備える、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備える、前記磁気記録デバイス。
【請求項32】
磁気抵抗メモリであって、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを備え、
前記ＳＯＴ ＭＴＪデバイスが、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、前記バッファ層が、
（１００）方位を有するテクスチャ化された層と、
前記テクスチャ化された層上に配設された第１の中間層であって、前記第１の中間層が、正方晶（００１）、正方晶（１１０）、体心立方晶（ｂｃｃ）（１００）、面心立方晶（ｆｃｃ）（１００）、テクスチャ化されたｂｃｃ（１００）、及びテクスチャ化されたｆｃｃ（１００）からなる群から選択される立方晶構造の少なくとも１つを含む、第１の中間層と、を備える、バッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたビスマスアンチモン（ＢｉＳｂ）層であって、前記ＢｉＳｂ層が、（０１２）方位を有し、前記バッファ層が、前記ＢｉＳｂ層におけるＳｂの拡散を低減するように構成されている、ＢｉＳｂ層と、
前記ＢｉＳｂ層上に配設された中間層と、を備える、前記磁気抵抗メモリ。
【国際調査報告】